光电效应与光的波粒二象性

第-1-页共7页光电效应与光的波粒二象性说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.第Ⅰ卷（选择题共40分）一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.1.下列关于光电效应的说法正确的是（）A.若某材料的逸出功是W，则它的极限频率hWv0B.光电子的初速度和照射光的频率成正比C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大解析：由光电效应方程kE=hv-W知，B、C错误，D正确.若kE=0，得极限频率0v=hW,故A正确.答案AD2.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是（）A.光的折射现象、偏振现象B.光的反射现象、干涉现象C.光的衍射现象、色散现象D.光电效应现象、康普顿效应解析：本题考查光的性质.干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒子性的表现，D正确.答案D3.关于光的波粒二象性的理解正确的是（）A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C.高频光是粒子，低频光是波D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著解析：根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误.答案AD4.当具有5.0eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为（）A.1.5eVB.3.5eVC.5.0eVD.6.5eV解析：本题考查光电效应方程及逸出功.由WhvEk得W=hv-kE=5.0eV-1.5eV=3.5eV则入射光的最低能量为hminv=W=3.5eV第-2-页共7页故正确选项为B.答案B5.紫外线光子的动量为chv.一个静止的3O吸收了一个紫外线光子后（）A.仍然静止B.沿着光子原来运动的方向运动C.沿光子运动相反方向运动D.可能向任何方向运动解析：由动量守恒定律知,吸收了紫外线光子的3O分子与光子原来运动方向相同.故正确选项为B.答案B6.关于光电效应，以下说法正确的是（）A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强C.能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功D.用频率是1v的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2v的黄光照射该金属一定不发生光电效应解析：本题考查光电效应.由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，A错.光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错.用频率是1v的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2v的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，D错、C对.答案C7.在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（）A.使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B.单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D.单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性解析：根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误.答案AD8.用波长为1λ和2λ的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面.单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象.设两种金属的逸出功分别为CW和DW，则下列选项正确的是（）A.1λ＞2λ,CW＞DWB.1λ＞2λ,CW＜DW第-3-页共7页C.1λ＜2λ,CW＞DWD.1λ＜2λ,CW＜DW解析：由题意知，A光光子的能量大于B光光子，根据E=hv=hλc,得1λ＜2λ；又因为单色光B只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，所以CW＜DW,故正确选项是D.答案D9.光子有能量，也有动量p=λh，它也遵守有关动量的规律.如图所示，真空中有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片.当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此装置开始时转动情况（俯视）的下列说法中正确的是（）A.顺时针方向转动B.逆时针方向转动C.都有可能D.不会转动解析：本题考查光子的动量.光照射到黑纸片上被吸收，照射到白纸片上被反射，因此白纸片受到的冲量大，装置逆时针转动.故正确选项为B.答案B10.如图所示为一光电管的工作原理图，当用波长为λ的光照射阴极K时，电路中有光电流，则（）A.换用波长为1λ(1λ＞λ)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B.换用波长为2λ(2λ＜λ)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C.增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大D.将电路中电源的极性反接，电路中可能还有光电流解析：用波长为λ的光照射阴极K，电路中有光电流，表明λ小于该金属的极限波长0λ，换用波长为1λ照射，虽然1λ＞λ，但是1λ不一定大于0λ,所以用波长为1λ的光照射时，可能第-4-页共7页仍有光电流，故A错误.用波长为2λ(2λ＜λ)的光照射阴极K时，因2λ＜λ＜0λ,故电路中一定有光电流，B对.如果电源的端电压已经足够大，阴极K逸出的光电子都能全部被吸引到阳极形成光电流，此时再增大路端电压，电路中的光电流也不再增大，C错.将电路中电源的极性反接，具有最大初动能的光电子有可能能够克服电场阻力到达阳极A，从而形成光电流，所以D正确.答案BD第Ⅱ卷（非选择题共60分）二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.11.如右图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角.（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将（填“增大”“减小”或“不变”）.（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针（填“有”或“无”）偏转.解析：当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转.当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小.使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强度无关.答案（1）减小（2）无12.在某种介质中，某单色光的波长为λ，已知该色光光子能量为E，光在真空中的速度为c，则该介质对这种色光的折射率为.解析：由E=hv得色光频率：v=hE单色光在介质中传播的速度：v=hEvλλTλ介质对这种色光的折射率：n=Ehcvcλ.答案Ehcλ13.在绿色植物的光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.68×10-7m的光子，同时每放出1mol氧气，植物储存469kJ的能量.则绿色植物能量转化效率为（普朗克常量h=6.63×10-34J·s）.解析：吸收的能量为第-5-页共7页E=8NAhλc=8×6.0×1023×6.63×10-34×781068.6100.3J=1.43×106J则能量转化效率为η=EE×100%=651043.11069.4×100%=33%.答案33%14.康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向运动，并且波长（填“不变”“变小”或“变长”）.解析：因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E=hv知，频率变小，再根据c=λv知，波长变长.答案1变长15.实验室用功率P=1500W的紫外灯演示光电效应.紫外线波长λ=2537A,阴极离光源距离d=0.5m,原子半径取r=0.5×10-10m,则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为.解析：以紫外灯为圆心，作半径为d的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为E=24ππPπr2=3.75×10-20J因此每个原子每秒钟接收到的光子数为n=hcEhvEλ=5个.答案5个三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.16.（8分）为引起人眼的视觉，进入人眼的绿光的能量至少为每秒E=10-16J.假设在漆黑的夜晚，在距人s=100m远处点亮一只绿光小灯泡，为使人看到它的光线，小灯泡的功率至少为多大？（人用一只眼看，瞳孔直径为4mm）解析：由题意知E=22)2π(4π1·dsP解得第-6-页共7页P=W10W)104(1001016166-2321622dEs.答案W10-617.（9分）分别用λ和43λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2.以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？解析：设此金属的逸出功为W,根据光电效应方程得如下两式：当用波长为λ的光照射时：WhcEkλ1①当用波长为34λ的光照射时：WhcEk3λ42②又2121KkEE③解①②③组成的方程组得：λ32hcW.④答案λ32hc18.（11分）纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面.将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官.糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果.一台功率为10W氩激光器，能发出波长λ=500nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10-3J的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？解析：（1）根据E=Pt,所以t=101023PEs=2×10-4s.（2）由E=n0E=nhλc得：n=83493100.31063.610500102λhcE个=5×1015个.答案2×10-4s5×1015个19.（12分）如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A上产生X射线.（h=6.63×10-34J·s,电子电荷量e=1.6×10-19C)（1）如高压电源的电压为20kV，求X射线的最短波长;第-7-页共7页（2）如此时电流表读数为5mA，1s内产生5×1013个平均波长为1.0×10-10m的光子，求伦琴射线管的工作效率.解析：（1）X射线管阴极上产生的热电子在20kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短.由W=Ue=hv=hc/λ得λ=Uehc=194834106.11021031063.6m=6.2×10-11m.（2）高压电源的电功率P1=UI=100W每秒产生X光子的能量P2=nhc/λ=0.1W效率为η=12PP=0.1%.答案（1）6.2×10-11m(2)0.1%